1988年，瑞典科学家斯万Ahrrenius警告说，二氧化碳排放量可能会导致全球变暖，但这样的警告并未在当时引起任何反响。直到20世纪70年代，科学家们逐渐深入了解地球大气系统，全球变暖问题才引起大众的广泛关注。1992年5月，为了应对全球气候变暖的挑战，国际社会终于制定了《联合国气候变化框架公约》，并于1997年12月在日本京都召开的《公约》第三次缔约方大会上达成了《京都议定书》 （以下简称《议定书》）。《议定书》要求30多个附件一国家（包括发达国家和经济转型国家）在2008至2012年 的第一承诺期内 ，把温室气体的排放量平均比1990年削减5.2%，以期在本世纪末把全球气温上升幅度控制在2摄氏度以内。在得到占发达国家1990年CO2排放总量的55%以上的缔约发达国家批准后，《议定书》于2005年2月16日开始强制生效。这标志着国际社会进入了一个实质性减排温室气体的阶段，人类发展史上首次具有了一个国际法律框架，用以限制人类活动对地球系统的碳循环和气候变化的干扰。

然而，美国政府质疑《议定书》的科学性。布什曾说：“虽然美国国家科学院的研究表明，温室气体的浓度增加，很大程度上是由于人类活动造成的，但是科学院却并没有告诉气候的自然波动对于变暖有多大的影响，也不知道这种变化发生的速度如何。”也就是说，在美国看来，全球气候变化（尤其是全球变暖）的科学性仍是不确定的，作为一个政治家，布什总统很明显不愿意承担为美国建立一个全新的能源系统所需的花费。于是，在2001年3月美国布什政府宣布退出《议定书》。而澳大利亚一开始就拒绝签署《议定书》，虽然其在2005年为了达到参加“马来西亚东亚峰会”的要求已经补签了《议定书》，但这已使得在长达5年的时间里，占发达国家温室气体排放约40%的美国和澳大利亚都游离于《议定书》之外。加之《议定书》最终文本是在谈判过程中对一些国家的减排义务作了较大让步的情况下才达成的妥协方案，所以《议定书》执行的意义和效果并不显著。就目前情况看，发达国家不仅未达到第一承诺期的减排目标，相当一部分国家的温室气体排放量反而在1990年的基础上增加不少。[详细]

继美国之后，2011年12月12日，加拿大环境部长彼得·肯特宣布，加拿大将正式退出《京都议定书》。 肯特在亮相德班高级别会议后作出正式声明：“我们一直在说，我们不会接受京都议定书第二承诺期，我们也不会阻碍那些决心要做的国家，但对加拿大来说，京都议定书已经是过去时了。”同时，他又表示，除非美国和新兴经济体都实施减排，加拿大才会行动起来。对此，德国《南德意志报》发表评论文章说，加拿大的退出根本就是缺乏减排的政治意愿，其政府宁愿牺牲环境保护来换取更多经济利益。

同在2011年德班会议上的美国气候变化特使托德·斯特恩则表示，除非中国、印度等新兴经济体也接受有约束力的减排指标，否则美国不可能考虑强制减排。一向是《议定书》发起者和坚定支持者的欧盟也提出了要其接受《议定书》第二承诺期的前提条件，即要在2015年前缔结一个包括美国和新兴经济体在内的主要排放国都承担减排指标的协议，并于2020年生效，把减排谈判推向了更加复杂化的过程。

而日本则拿2011年的地震海啸灾难做文章，以期获得对他们不加入强制减排队伍的同情。但这种说法，即便在发达国家内部也没有得到认同。英国前副首相、1997年《京都议定书》首席谈判代表约翰·普雷斯科特说：“的确发生了许多灾难性的事件，但是过去10年来，日本从没有减少排放，你不能把一切都归咎在可怕的核危机上，然后说现在需要一个全新的、有法律约束力的框架。我们从来没有过一个有完全法律约束力的框架，《议定书》倒是适用于发达国家，但他们却纷纷背叛了它。”[详细]

但有科学家认为，《议定书》是对工业化进程的扼杀，不但阻碍经济增长，而对延缓气候变化的趋势收效甚微。最新的证据表明在小树苗生长的最初十年会将泥土中吸收的二氧化碳释放到空气中，不但不会减少二氧化碳，反而造成二氧化碳排放量的增加，而很多工业化国家已经把植树作为提高碳排放额度的重要方法以尽量避免硬性降低能源消耗减排。这一发现又进一步挑战了《议定书》的有效性，但是这一研究还表明十年后的树木对于减少大气中的二氧化碳还是有益的，支持者认为该研究至多只是为改良排放额度的算法提供了依据，却不足以彻底推翻植树造林对减轻温室效应的好处。

另有学者认为《议定书》对于人类并不那么重要，《持怀疑论的环境主义者》一书的作者比约恩.隆伯格就曾组织过研究小组，提出假设，即假设存在500亿美元，应该如何花费以最大程度造福人类。这个小组由丹麦政府官员和经济学家共同组成。其得到的结论是：首先，用于应对艾滋病；第二提供妇女和儿童的食品补给；第三，控制疟疾（每年有约30亿人遭受疟疾折磨）；第四是用于农业科学研究，以持续提高农作物产量。在全部17项提案中，《京都议定书》排名第16。

此外，一些理论家预言，即使世界主要工业化国家同意按照议定书规定的限额减少温室气体排放，整个世界范围内的排放量依然不会减少。如果工业化国家为了达标削减对化石燃料的使用，由于供需情况发生改变会导致世界范围内的煤、石油和天然气价格下跌，然后发展中国家就会增加用量，这些理论家预计非附件国家对燃料（主要是煤）需求的增长会弥补附件国家的减少量。虽然这种预计完全出自理论家们的主观想法，缺少客观依据，但学界对《议定书》的争议也不断影响着气候大会的减排谈判，甚至成为政治利益博弈的借口。[详细]